Desarrollo de un módulo de cálculo para la simulación de la torre de enfriamiento del laboratorio de ingeniería química

Abstract

El presente trabajo especial de grado se realizó con el objetivo primordial de desarrollar un módulo de cálculo para la simulación de la torre de enfriamiento con fines didácticos para afianzar los conocimientos en el estudio de transferencia de momento, masa y energía. Para cumplir con los objetivos planteados fue necesario identificar las variables y modelos matemáticos involucrados en el proceso mediante revisiones bibliográficas, la codificación del programa de cálculos en Pascal y la codificación de la interfaz gráfica en Visual Basic 6.0, también fue necesaria la recolección de datos para el desarrollo de modelos matemáticos empíricos que correlacionen el coeficiente de transferencia de masa en la fase gaseosa y el coeficiente convectivo en la fase líquida y el análisis comparativo con otros modelos, por último se validó el simulador con datos experimentales calculando la desviación de los valores obtenidos con el simulador con respecto a los valores obtenidos experimentalmente. Entre los resultados más resaltantes de esta investigación se tiene que los valores experimentales del coeficiente global de transferencia de masa en la fase gaseosa obtenidos para el empaque de láminas de PVC oscilaron entre (14,71 – 32,51 ± 0,07) kg/m3•s y entre (4,26 – 12,00 ± 0,07) kg/m3•s para el empaque ordenado de PVC. Por otra parte los valores experimentales del coeficiente convectivo en la fase líquida obtenidos para el empaque de láminas de PVC oscilaron entre (33 – 113 ± 5) kW/m3•K y entre (83 – 322 ± 5) kW/m3•K para el empaque ordenado de PVC. También se obtuvo que para el empaque de láminas de PVC los resultados obtenidos por el simulador de la torre de enfriamiento utilizando las correlaciones empíricas desarrolladas en el presente trabajo para estimar el coeficiente de transferencia de masa en la fase gaseosa y el coeficiente convectivo en la fase líquida generaron porcentajes de desviación con respecto a los valores experimentales entre (0,41 - 3,65 ± 0,01) % para la temperatura de salida del agua, (0,23 - 3,14 ± 0,01) % para la temperatura de bulbo húmedo de salida del aire y (0,33 - 3,47 ± 0,01) % para la temperatura de bulbo seco del aire de salida, y para el empaque de malla ordenada de PVC los resultados obtenidos generaron porcentajes de desviación con respecto a los valores experimentales entre (0,32 - 3,88 ± 0,01) % para la temperatura de salida del agua, (0,31 - 2,08 ± 0,01) % para la temperatura de bulbo húmedo de salida del aire y (1,03 - 3,50 ± 0,01) % para la temperatura de bulbo seco del aire de salida. Entre las conclusiones más importantes se tiene que los modelos empíricos bibliográficos estudiados presentan alta desviación en la predicción del coeficiente global de transferencia de masa en la torre de enfriamiento en estudio. El modelo empírico bibliográfico estudiado presenta una alta desviación en la predicción del coeficiente convectivo en la fase líquida en la torre de enfriamiento en estudio. Las correlaciones empíricas para el empaque láminas de PVC obtenidas en esta investigación generan valores de temperaturas más confiables que las correlaciones empíricas obtenidas anteriormente para dicha torre con ese empaque. Por último se recomienda instalar los equipos necesarios para conocer el perfil de temperaturas del agua a lo largo de la torre y compararlo con el calculable teóricamente mediante las ecuaciones diferenciales correspondientes a cada fase, con la finalidad de conocer el comportamiento del coeficiente convectivo en la fase líquida y del coeficiente global de transferencia de masa en la fase gaseosa, y así conocer más la influencia de las variables de entrada sobre la zona interfacial, también realizar pruebas de validación experimentales manteniendo constante la temperatura de entrada del agua y variando el caudal de agua con la finalidad de conocer mejor la influencia de esta última variable en los coeficientes anteriormente mencionados.